《放射性标记化合物》PPT课件.ppt

1 放射性标记化合物的制备及其应用,标记化合物(1abelled compound)是指化合物中某一个或多个原子或其化学基团被其易辨认的同位素或其它易辨认的核素或基团所取代而得到的产物。这种取代过程就称为标记(1abell)。,若取代的核素是放射性核素，则所得产物就称为放射性标记化合物，此标记过程就称为放射性标记。 放射性核素可以直接作为示踪剂，但大多数情况下，必须将放射性核素制成标记化合物方可应用。,对于标记化合物，目前尚无统一的命名法,对于无机化合物，通常只要在化合物名称的前面注明标记核素的符号即可，如131I-NaI 99TcmNaTcO4等。也可在分子式中直接注明标记核素，如Na131I等。,对于有机标记化合物，通常采用前置方括号命名法，即在标记化合物名称中表示标记核素所处部位之前，加一方括号，在其中标明核素标记的位置与数目、希腊字母或词头以及标记核素等标示性符号。例如醋酸，在羧基上用14C标记的就称为114CCH3COOH；二个碳原子均标上14C的醋酸，则称为1，214CCH3COOH。,标记化合物的分类,按标记化合物种类的不同，可分为无机标记化合物(如131I-NaI)，有机标记物(如 14C葡萄糖)和生物标记化合物(如131I超氧化物歧化酶等)。 按标记核素种类不同，可分为同位素标记物和非同位素标记物；金属标记物(如51Cr-红细胞)和非金属标记物(如131I甲胎球蛋白)。,还可按标记物状态的不同分为液体标记物(如131-INaI溶液)，胶体(如198-Au-胶体)和固体标记物(如139-Y微球)等。, 同位素标记(isotopic labelling)与非同位素标记(non-isotopic labelling),化合物中的原子被其同位素的原子所取代的标记称为同位素标记，由于取代后化合物在物理、化学和生物学性质上不会引起显著差异，因此亦称理想标记。例如，131I原子取代玫瑰红(四碘四氯荧光素二钠盐)中的碘原子所得到的131I玫瑰红就属此类。,用组成化合物以外的原子进行标记，称为非同位素标记。 非同位素标记的产物在性质上所引起的变化比同位素标记要大，因此又称为非理想标记。例如，I131原子取代甲胎球蛋白中的氢原子所得到的标记物131I甲胎球蛋白就属此类。,只有严格选择标记方法和条件使其标记物性质特别是生物学性质改变不大，方可用于医学研究与临床。,定位标记(specific labelling)与名义定位标记(nominal specific labelling),定位标记通常用符号“S”表示，它是指标记原子处于标记化合物中的指定位置。例如，S5T尿嘧啶表示在用氚(3H，T)标记的分子中，95以上3H是在尿嘧啶分子的第5位碳原子的碳氢键上。定位标记在书写中，通常可省略符号S，例如5T尿嘧啶即表示定位标记。,名义定位标记常用符号“n”表示，又称准定位标记，它是指在标记过程中，从标记方法预测，标记原子应该在某特定位置上，而实际标记结果未作鉴定，或鉴定结果在特定位置上的标记原子数不能肯定大于95。如6，7(n)T雌二醇，表示名义上3H标记在雌二醇分子中第6，7位碳原子的碳氢键上。,全标记(general labelling)与均匀标记(uniform labelling),这两种标记均属非定位标记。全标记常用符号“G”表示，如G-T胆固醇，它是指标记分子中所有稳定位置上的氢原子都可能被标记原子所取代，但程度不同。均匀标记用符号“U表示，它是指标记原子从统计学看，均匀地分布在标记化合物的分子中。例如，用14C标记的二氧化碳通过植物光合作用得到的标记葡萄糖即为均匀标记，可表示为U14C葡萄糖。,非定位标记化合物只能用于研究整个分子的行为，不能用来观察分子上特定基团或原子的行为，但此法可得到较高的比活度，且制备方法选择余地也较大，因此常被采用 。,双标记(double labelling)与多标记(multiple labelling),若化合物分子中的原子被两种或多种元素的同位素原子以及被同一种元素的两种或多种同位素原子所取代，就称为双标记或多标记。例如，15NH214CH2COOH，NH214CH213COOH。,利用双标记或多标记化合物可同时观察两个或多个指标，不仅可减少工作量，还可排除和减少因个体差异所引起的实验误差，这是单标记化合物难以达到的，但其制备较难，价格也贵。,放射性核素的选择,在制备放射性标记化合物时，首先必须选择放射性核素，选择的原则是：能否得到所需的标记化合物； 用这种标记化合物能否得到预期的研究结果或诊断、治疗效果；,核素的物理化学性质和核性质(包括射线的种类、能量、半衰期等)以及生产方式、产品纯度是否合适； 标记、测量、鉴定的方法是否容易； 实验周期的长短，核素本身和杂质的毒性以及价格等。标记前应依据这些原则进行认真、慎密的考虑。,一般情况下应首选同位素标记。由于有机物特别是人体内的有机物大都含有氢和碳，因此氚和放射性碳是应用十分广泛的标记核素。同样，含磷、硫、碘等元素的化合物，用32P，35S，125I(或1311)等核素标记也是比较理想的。,有时，从放射性核素的核性质、标记方法的简便性及其它特殊需要出发，也可用非同位素的放射性核素标记，如用125-I取代氢标记蛋白质等。,几种重要的放射性标记核素,放射性标记化合物的特点与制备要求,放射性标记化合物的最大特点是具有放射性。这可用放射性纯度、放射化学纯度、比活度等特性指标来进行描述。此外，放射性标记化合物还有一个特点，即不稳定性，它除了包含一般化合物不稳定性的含义外，更重要的是由于引入放射性核素而引起的自辐射分解和放射性核素从标记物上脱落或定位标记的原子发生位移等。,放射性核素应标记在稳定的、不易脱落的位置上。对大部分同位素标记来说，标记位置一般都比较稳定，但氚是个例外，它在分子中稳定性较差，特别是在水溶液中容易与水中的氢原子发生同位素交换反应。,有些定位标记的化合物在酸度和温度变化时，或在体内受到酶的作用时，可发生分子内迁移，如：,对放射性标记化合物的制备有特殊的要求： (1)制备放射性标记化合物的原料如14C，3H，131I，32P，35S等来源不易，价格较贵，因此在制备过程中必须充分利用，要求标记率尽量高，未标上的放射性核素也要尽量回收。,(2)为了得到高比活度的标记物，同时也为了防护上的需要，往往生产规模限制在微量水平，通常只有 mol。因此，标记、分离、鉴定等过程均需用微量或超微量技术。在操作中，要尽量减少放射性核素的稀释，避免引入不必要的载体。,(3)要求标记流程步骤少，时间短，并要求尽可能在标记的最后阶段引入放射性核素，以减少其损失、副反应的发生以及防护上的困难。正式标记前需做冷试验，以取得经验。,(4)应把放射性核素引入到化合物的稳定位置或指定位置上，并进行充分的纯化和精制，以提高标记物的稳定性和放化纯度。,2 放射性标记化合物的制备方法,现在，不少放射性标记化合物已有商品供应，但在许多情况下仍须根据需要自己来制备放射性标记化合物。,2.1化学合成法 (chemical synthesis method),这是制备有机放射性标记化合物最经典、最基本的方法之一。其原理与普通的化学合成法十分相似，只是所用原料有放射性，因而又有所区别。,211 逐步合成法 它是用最简单的含放射性核素的化合物按预定的合成路线一步一步合成复杂的有机化合物。此法的优点是放射性核素的种类、标记位置、标记数量和比活度均可预先设计；反应易于控制，有较好的重现性；放射性核素的收率、产品的比活度、化学纯度和放射化学纯度均较高，因此是目前制备放射性标记化合物最重要和最常用的一种方法。其缺点是在制备复杂的放射性标记物时，步骤繁，流程长，副反应多，纯化困难，这使其应用受到限制。,逐步合成法应用最广的是用14C标记的有机化合物，其主要初始原料是由反应堆提供的 Ba14CO3。先将Ba14CO3转化为14CO2，K14CN，Ba14C2，BaN14CN等简单化合物，再经过一系列化学反应，合成各类14C标记的化合物(如图81所示，R为烷基)。,合成14C标记物中间化合物的各种途径,用上述几种简单的化合物可进一步合成14C定位标记的氨基酸、生物碱、糖类化合物、维生素及抗生素等。此外，14C卤代甲烷是一个相当活泼的化合物，可通过一系列化学反应向有机分子内引入14C甲基，这是许多含甲基化合物的重要标记途径。,二是通过格式反应，制得14C标记的脂肪酸或芳香酸。利用R14COOH可进一步合成14C标记的醇、酯、卤代烷、氨基酸、激素、生物碱、嘧啶、胆固醇及其它14C定位标记的示踪药物。,212 加成法,利用具有双键或三键的不饱和有机化合物作前体，将放射性核素或其简单化合物通过加成反应，结合到前体上，达到标记的目的。此方法应用最广的是氚标记，放射性碘标记也可用这种方法。,通常，将烯烃、炔烃、腈、酮类化合物溶于适当的溶剂(如二氧六环、四氢呋喃、乙酸乙酯等)，加入催化剂，再通氚气进行催化加氚反应，即可得到氚标记的化合物。,例如： 对某些化合物，可先用去氢试剂在适当条件下反应，制备出不饱和的前体，然后再进行加氚反应，制得所需的标记化合物。,213 取代法 取代法也叫置换法，是指有机化合物分子中的原子或原子团被放射性核素或其原子团所置换而达到标记目的的方法。此法常用于氚和放射性碘的标记。,在催化剂存在下，用氚来取代化合物中的卤素原子X，从而制得氚标记化合物，其反应通式为：,碘标记是在氧化剂存在下，利用许多有机物中氢易与碘发生取代反应即氢碘置换来达到标记目的 .常用的氧化剂有H2O2，氯胺T、乳过氧化物酶、氯甘脲等，其中尤以ChT应用最广，Ch-T作氧化剂的碘标记法称为氯胺T法。,Ch-T的化学名称为N氯代对甲苯磺酸胺钠盐，原是一种杀菌剂，在水溶液中可产生次氯酸，将I氧化为碘原子或碘分子,然后碘原子或分子与有机物上的氢发生置换反应。,214 间接标记法 有些有机化合物很难用上述几种化学合成法进行直接标记，或者虽可直接标记，但对标记物的损伤比较大，则可采用间接标记法。其中的一种方法是把放射性核素先标记在某种易与欲标记物反应的试剂上，然后再与欲标记物偶联；另一种方法是借助于具有双功能基团的螫合剂进行标记。先把某种双功能螯合剂结合到欲标记分子上，再将放射性核素标记到此螯合剂上，由此形成稳定的放射性核素螯合剂欲标记化合物复合物 。,22 生物合成法(biosynthesis method) 生物合成法是利用动物、植物、微生物的生理代谢过程或酶的生物活性，将简单的放射性物质在体内或体外引入化合物中而制得所需标记物的，它是获得那些在生物化学反应过程中有着重要意义的标记化合物的一种方法。本法可合成一些结构复杂、具有生物活性而又难以用化学合成法制备的放射性标记化合物，如氚及放射性碳、硫、磷、碘标记激素、蛋白质、核苷酸、抗生素、糖类等化合物。生物合成法可分为两大类：全生物合成法和酶促合成法。,221 全生物合成法 它是利用完整的生物或其某一个器官的生理代谢过程来进行标记的。常用的生物有细菌、绿藻、酵母等低等生物，它们容易在实验室培育，代谢旺盛，繁殖迅速，因而制备效率高。,222 酶促合成法 它是利用生物组织中某些特定的酶促进标记前体物质的合成反应，生成所需的标记产物。因此，酶促合成法也可看作是应用特殊催化剂的化学合成法。,2.3同位素交换法(isotope exchange method) 同位素交换法是利用同一元素的放射性同位素与稳定同位素在两种不同化学状态之间发生交换反应来制备标记化合物的，其反应如下： 式中X和X分别为同一元素的稳定同位素和放射性同位素，AX为欲标记化合物，BX为放射性同位素的简单化台物。AX与BX混合，在特定条件下发生同位素交换反应，但并不引起体系中这两种化学状态的改变。,2.3.1气相曝射交换法(gas-exposure exchange method) 这是氚标记常用的方法。,此法的基本原理是将欲标记物置于高比活度的氚气中曝射，借助于氚衰变的辐射能量诱导氚一氢发生交换反应，从而得到标记物。,其交换反应可能有如下几种情况： 1)反冲氚原子与欲标记物分子之间的反应：,2)被激活的或游离的氚原子与欲标记物分子之间的反应：,3)被氚辐射激活或离子化的欲标记物分子与氚之间的反应,232 液相催化交换法 此法是将欲标记物及放射性核素制成溶液，在催化剂存在的条件下，促其发生同位素交换反应，从而达到标记目的。,4金属络合法(metal complexing method) 上述化学合成法、生物合成法和同位素交换法多用于非金属放射性核素的标记，而目前在医学中应用日益广泛的金属放射性核素标记的药物如99Tcm，67Ca，68Ca，111In，131Inm和201TI的标记药物，一般不用上述3种方法进行标记，而是采用金属放射性核素直接形成络合物的方法进行标记，此法可称之谓金属络合法。,41 金属放射性核素标记物的分类及其标记特点 金属放射性核素标记物按其化学性质可分为由金属放射性核素的简单化合物(如简单的金属离子、胶体及其络合物)和以血清蛋白、红细胞、血小板等复杂的生物活性物质为母体制备的特殊标记物两大类。它们均以金属放射性核素的离子直接进行络合标记，这是与非金属有机化合物的标记不同的一个特点，这类标记的另一个特点是标记反应对试剂浓度、pH值、离子强度等反应条件极其敏感。,2.5其它标记方法 除上述标记方法外， 还有热原子反冲标记法(hot atom recoil labeling mathod) 加速离子标记法(accelerated ion labeling method) 辐射合成法(radiation synthesis method)等。,26 放射性标记化合物的纯化与质量鉴定 261 纯化的必要性 标记化合物在制备过程中会发生一些副反应，生成副产物，加之未标记的放射性核素和标记物母体化合物及其它杂质，因此要想获得纯净的标记物就必须进行分离和纯化。此外，标记化合物在存放过程中往往由于自辐射分解、化学分解和微生物分解等原因，使标记上的放射性核素脱落，标记物分解，以及因活性基团相互作用而产生不纯物质，也需进行纯化和鉴定，而后方可使用。,262 纯化方法 放射性标记化合物的纯化方法很多。对量比较大的标记物，可用萃取法、沉淀法、蒸馏法等常量物质的分离方法进行纯化。但对医用放射性标记化合物而言，更多的是采用微量分离技术，如各种色谱法(包括离子交换柱色谱、疑胶柱色谱、高压液相色谱、纸色谱)和电泳法等。,8.2.63质量鉴定 质量鉴定包括物理鉴定、化学鉴定和生物鉴定，。具体鉴定项目大致如下：,83 单克隆抗体的标记,1975年Kohler和Milstein首先报道，用细胞杂交技术，使经绵羊红细胞(SRBC)免疫的小鼠的脾细胞，与小鼠的骨髓瘤细胞融合，并由此创建了第一个B细胞杂交瘤细胞株，获得了抗SRBC的单克隆抗体。这是免疫学，乃至医学史上的一个里程碑。单克隆抗体的特点是：理化性状高度均一、生物活性单一、与抗原结合的特异性强、便于人为处理和质量控制，并且来源容易。这些优点使它一问世就受到高度重视，并广泛应用于生物学和医学研究领域。,单克隆抗体制备过程示意图,用放射性核素标记的单克隆抗体(McAb)，由于具有特异的免疫反应，因此可定位到某种肿瘤上。 标记McAb目前用得最多的放射性核素是131I，111In，99Tm，其次是67Ca，68Ca，90Y，186Re，32P，77Br等。标记方法一般可分为两类：直接标记法和间接标记法。,标 记 化 合 物 产 品,高 比 活 度 氚 标 记 化 合 物 生 产,中国原子能科学研究院可生产 标记化合物与示踪剂。产品广泛应用于生命科学、医学、化工、冶金、石油和环境保护等领域，近年来，根据用户需求，采用先进的合成和纯化方法，开发了一系列高品质的氚标记化合物产品，部分产品已出口到美国新英格兰公司（NEN）。根据油田需要，用氚标记正丁醇等示踪剂，对油田剩余油饱和度进行测定，完成二次、三次回采。为我国石油工业稳产高产，将发挥重大作用。,集 装 箱 检 测 系 统 成 像,集 装 箱 检 测 系 统,钴60射线源-碘化铯探测器集装箱检测系统,锶 - 90 / 钇 - 90前列腺增生治疗机（器）是一种新型而独特的医用治疗仪，本治疗仪采用 放射源的射线对老年性前列腺增生进行治疗。医生可以根据病人的不同程度的症状，设定治疗剂量或治疗时间进行治疗，治疗时主机自动开关放射源实现剂量控制并记录。本治疗机适用于治疗男性老年患者。,直 肠 型 治 疗 仪,尿 道 型 治 疗 仪,ZG型自动选矸机 能源是发展国民经济的物质基础，煤炭是我国的主要能源。提高煤质、降低灰分是煤炭工业面临的一个重要课题。中国原子能科学研究院同位素研究所利用自身核技术的优势，研制开发了双光子放射源自动选矸机，为我国选煤技术提供了一种新的手段。它具有在线、快速、准确、非接触、干法自动选矸等特点。不受物料温度、腐蚀性等自身条件的影响。可分选粒度为40-200mm之间的各种块煤。每小时分选量为40-60吨（10个通道）。,自 动 选 矸 机,双光子放射源自动选矸机的研制成功对提高煤炭质量、增加煤炭品种、合理利用煤炭资源、节约能源、减少无效运输、降低燃煤时生成的大量有害气体和粉尘微粒对大气的污染、保护环境将起到积极的推作用，具有明显的经济效益和社会效益。,锝-99m放射性药物是现代核医学临床诊断中广泛应用的放射性同位素产品，具有灵敏度高、特异性好、诊断无创伤等优点，可用于多种脏器、多种疾病的诊断，其使用量占各种体内放射性药物的80%以上。,锝-99m发 生 器 生 产 线,锝-99m发 生 器 及 配 套 药 盒,中国原子能科学研究院自行研制了我国第一台具有国际先进水平的强流质子回旋加速器和生产中短寿命放射性同位素的生产线。1995年建成运行，结束了我国不能用加速器批量生产中短寿命放射性核素的历史。1996年被两院院士评选为“96中国十大科技事件“之一。为国际国内生产市场提供了重要的医用放射性同位素，如57Co、68Ge、还有多种核医学诊断和治疗用放射用核素及标记药物，如：201TI、67Ga、111In、103Pd及18FDG等，为我国的核医学发展做出了重要贡献。,强 流 质 子 回 旋 加 速 器,生 产 线,放 射 性 治 疗 药 物,治 疗 药 物 生 产,放 射 性 治 疗 药 物,胶 囊,免疫药盒制备技术及其产品体系又有了较大发展，形成了以单抗、多抗制剂及固相包被分离剂制备技术、125I标记生物活性试剂标记技术、生化试剂及标记物的HPLC分离技术为支撑体的综合产品研发体系。,标 记 物 生 产,免 疫 分 析 试 剂 盒,医用放射源及核医疗器械,放 射 源 生 产,252Cf 医 用 放 射 源,医 用 种 子 源,放 射 源 产 品,放射性种子源是通过物理方法将放射性核素（目前主要采用125I和103Pd）吸附